(57)【要約】【課題】  半導体デバイス加工時に半導体製造装置の稼働率を低下させないで、欠陥発生の原因となる異物を低減し、生産歩留まりを向上させる。【解決手段】  ウェハ２が載置される電極１４上のイオンシース３２ｗとその周辺部に載置された部材１４１上のイオンシース３２ｆを制御できる機構を有し、イオンシース３２ｆの厚みをイオンシース３２ｗの厚みより薄くして、ウェハ２の端部の近傍にイオンシースの傾斜部３２ｓを設け、イオン３１をウェハ端部に斜めに入射させて、ウエハ端部のデポ膜を除去する。【選択図】      図２
2006245510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハが載置される電極上とその周辺部に載置された部材上のシースを制御できる機構を有するプラズマ処理装置を用いて、ウェハ端部にイオンを斜めに入射させてウェハ端部のデポを低減することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
プラズマを生成して、ウェハを処理するプラズマ処理装置において、
ウェハが載置される電極と、該電極の周辺部に設けた部材と、前記電極および前記電極の周辺部に設けた部材に高周波バイアス電圧を印加する高周波バイアス電源を有し、
電極に印加される高周波バイアス電圧とその周辺部に設けた部材に印加される高周波バイアス電圧の比率を調整することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記高周波バイアス電圧の比率を調整する機構として、前記電極の周辺部に設けた部材に印加する高周波バイアス電圧を、インピーダンス調整回路を用いて分配することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、高周波バイアス電圧の比率を調整する機構として、前記電極の周辺部に設けた部材に印加する高周波バイアス電圧を、バリコンを用いたインピーダンス調整回路を用いて分配することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、高周波バイアス電圧の比率を調整する機構として、２つの高周波バイアス電源を用いて調整することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記電極の周辺部に設けた部材として、シリコン材を用いることを特徴音するプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記電極の周辺部に設けた部材として、シリコン材と絶縁物の積層物を用いることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記電極の周辺部に設けた部材として、絶縁材を用いることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、高周波バイアス電源として、４００ｋＨｚから２００ＭＨｚの高周波バイアス電源を用いることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、プラズマ生成高周波電源として、１０ＭＨｚから２．５ＧＨｚの高周波電源を用いることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、プラズマ処理圧力として、０．１から１００Ｐａの圧力範囲で処理することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項２記載のプラズマ処理装置であって、レジストマスク剥離プラズマ処理中に、ウェハ外周部のデポ膜を除去することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
請求項２記載のプラズマ処理装置であって、ＯまたはＯを含み、ＨまたはＨを含むガスを用いたレジストマスク剥離プラズマ処理中に、ウェハ外周部のデポ膜を除去することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】
プラズマを生成して、ウェハを処理するプラズマ処理装置において、
ウェハが載置される電極と、該電極の周辺部に設けた部材と、前記電極および前記電極の周辺部に設けた部材に高周波バイアス電圧を印加する高周波バイアス電源を有し、
電極に印加される高周波バイアス電圧とその周辺部に設けた部材上のイオンシースを制御する機構として、ウェハ周辺部に載置された部材の高さを調整できる機構を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積装置の加工に用いられるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置、特にプラズマエッチング方法およびプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスは、高い機能が要求され、高密度に素子を集積する傾向にあり、このため、高微細化の加工が必要となってきた。このような背景から、プラズマエッチング加工においては、加工精度の確保のために堆積性の強いガスを多く用いる傾向にある。堆積性の強いガスはウェハ表面以外のプラズマに接する加工処理室部材表面で膜を形成し、その一部がスパッタ等によりベベル（ウェハ端部）およびウェハ裏面に堆積する。その堆積物（デポ膜）の一部が加工途中に剥離して浮遊し、ウェハ上に落下して加工を阻害し、所望の加工結果を得られなくしている。また、プラズマエッチング加工中において生成されたベベルへの堆積（ベベルデポ）が次工程の異物源となるおそれがある。
【０００３】
この問題を解決するために、デポ膜を形成させるための交換可能な部材をウェハ載置電極外周部に設置し、ウェハ載置電極側面へのデポ形成を抑制するようにした半導体装置の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２３０２３４号公報
【特許文献２】特願２００４−２６４１６８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウェハ周辺部に載置されたリングに印加するバイアス電力を処理時間中に調整することによってウェハ上の空間に滞留する異物を該リング上に導き、該リング上に落下させることによって、異物低減を図ることが、特許文献２に提案されている。
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、プラズマエッチングを繰り返すと反応生成物等がウェハ外周部（ベベル）下面に付着し、デポ膜が厚く形成されるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題にかんがみ、半導体集積装置製造用のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法において、ウェハ端部（ベベル）での堆積物（デポ膜）生成を抑制することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、ウェハが載置される電極上とその周辺部に載置された部材上のイオンシースを制御できる機構を設け、ウェハ端部におけるイオンを斜めに入射させてウェハ端部裏面のデポを削減する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体集積装置の製造に当たって、ベベルデポの生成を阻止し、生産歩留まりを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［第１の実施例］以下、本発明の第１の実施例を、図１および図２を用いて説明する。図１は、本発明を適用したＵＨＦ−ＥＣＲ（Electron  cyclotron  Resonance）を用いたプラズマエッチング装置を示すもので、ここでは、ＵＨＦ電磁波をアンテナ１２より放射し、磁場との相互作用によってプラズマを生成するＵＨＦ−ＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置を示す。
【００１０】
プラズマエッチング装置１は、エッチング（プラズマ）処理室１１と、エッチング処理室１１の上部に配置されたアンテナ１２と、誘電体１３と、アンテナ１２に対向して配置された下部電極１４と、アンテナ１２にプラズマ生成用の高周波電力を供給するＵＨＦ電源１５と、下部電極１４にバイアス電力を供給する高周波バイアス電源１６と、プラズマ処理室（エッチング処理室）１１内にプラズマを生成させる磁場コイル１７とを有して構成される。アンテナ１２には、導波管１２１およびマッチングボックス１２２を介してＵＨＦ電源１５からプラズマ生成用の高周波電力が供給される。下部電極１４には高周波バイアス電源１６からバイアス電力が供給される。本発明においては、下部電極１４の外周部のウェハ２が載置されない部分にフォーカスリングとして働くシリコンリング１４１と導体リング１４２と絶縁リング１４３が設けられ、高周波バイアス電源１６からインピーダンス調整回路１６１を介して高周波電力が供給される。
【００１１】
本実施例の場合エッチング処理室１１は、図示を省略した温調手段によりその内壁面１１１を２０〜１００℃の温度範囲で温度調整可能となっている。エッチング処理室１１の上部にはアンテナ１２が配置され、エッチング処理室１１とアンテナ１２との間にはＵＨＦ電磁波を透過可能な誘電体１３が設けられている。アンテナ１２には、導波管１２１およびマッチングボックス１２２を介して、この場合、ＵＨＦ電磁波を発生させるＵＨＦ電源１５が接続されている。エッチング処理室１１の外周部にはエッチング処理室１１内に磁場を形成するための磁場コイル１７が巻装されている。エッチング処理室１１内のアンテナ１２の下方にはウェハ２を配置するための試料台としての下部電極１４が設けられている。下部電極１４のウェハ非載置部には絶縁リング１４３、導体リング１４２を介してシリコンリング１４１が設置されている。導体リング１４２にはエッチング処理室１１外からインピーダンス調整回路１６１を介して高周波バイアス電源１６が接続されている。
【００１２】
上述のように構成したプラズマ処理装置では、ＵＨＦ電源１５から出力されたＵＨＦ電磁波は、マッチングボックス１２２、導波管１２１および誘電体１３を介して、アンテナ１２部からエッチング処理室１１に供給される。一方、エッチング処理室１１周囲の磁場コイル１７による磁界がエッチング処理室１１に形成され、ＵＨＦ電磁波の電界と磁場コイルの磁界との相互作用によって、エッチング処理室１１内に導入されたエッチングガスが効率良くプラズマ化される。このようなプラズマ処理中において、高周波バイアス電源１６から出力されるバイアス電圧を、インピーダンス調整回路１６１を用いてウェハ２に印加される電圧より、シリコンリング１４１に印加される電圧が小さくなるように調整することにより、ベベルデポを抑制する。
【００１３】
図２を用いて、ベベルデポ抑制の原理を説明する。例えば、２００ＭＨｚのＵＨＦ電磁波をＵＨＦ電源１５からアンテナ１２に印加し、プラズマガスとしてＡｒ，ＣＨＦ３，Ｎ２を用い、処理圧力を４Ｐａに制御して、高周波バイアス電源１６から４ＭＨｚの高周波バイアス電圧を下部電極１４に印加し、例えばバリコンで構成されたインピーダンス調整回路１６１を用いて、ウェハ２が載置される電極部分に印加される電圧Ｖｗより、その周辺部に載置されたシリコンリング（フォーカスリング）１４１に印加される電圧Ｖｆを小さくする（例えば、１５００Ｖから５００Ｖ）。
【００１４】
これにより、ウェハ２上のイオンシース３２ｗより、フォーカスリング１４１上のイオンシース３２ｆが薄くなる。このことにより、ウェハ２の外周部近傍では、イオンシース３２にイオンシース３２ｗからイオンシース３２ｆへ向けて下るイオンシースの傾斜３２ｓが形成される。
【００１５】
この結果、電極１４に印加されたバイアス電圧によって、ウェハ２上およびフォーカスリング１４１上に位置するイオン３１は、それぞれウェハ２およびフォーカスリング１４１に垂直に入射するが、ウェハ２の外周部におけるイオンシース３２ｓ部に位置するイオン３１は、ウェハ２の側面に斜めに入射する。ウェハ２の側面に斜めに入射したイオン３１は、ウェハ２のベベル（外周部）の裏面に形成されたデポ膜の発生を抑制する。
【００１６】
図３を用いて、本発明の効果を説明する。ＶＣ１００はウェハ２に印加される電圧Ｖｗとフォーカスリング１４１に印加される電圧Ｖｆが等しい場合（Ｖｗ：Ｖｆ＝１００：１００）を、ＶＣ７５はウェハ２に印加される電圧Ｖｗよりフォーカスリング１４１に印加される電圧Ｖｆが小さい場合（Ｖｗ：Ｖｆ＝１００：７５）を、ＶＣ３０はウェハ２に印加される電圧Ｖｗよりフォーカスリング１４１に印加される電圧Ｖｆが小さい場合（Ｖｗ：Ｖｆ＝１００：３０）を意味する。ウェハ２に印加される電圧Ｖｗとフォーカスリングに印加される電圧Ｖｆとの関係を、Ｖｗ＞Ｖｆとすること、すなわちＶＣ７５、ＶＣ３０とすることによって、ＶＣ１００よりウェハ２のベベル（周辺部）の裏面でのデポ膜生成速度が小さくなっている。このことから、ウェハ２に印加される電圧Ｖｗよりフォーカスリング１４１に印加される電圧Ｖｆを小さくすることによりベベルデポを低減することができることがわかる。
【００１７】
なお、ＶＣ７５、ＶＣ３０では、ウェハ最外周部（０ｍｍ）から０．３ｍｍの間で一旦デポ膜生成速度が上昇しているが、これは、図4に示すように、斜めに入射したイオン３１がシリコンリング１４１で反射してウェハ２の最外周（０ｍｍ）から０．３ｍｍ以降のデポ膜２１の低減に寄与しないため、若しくは付着係数の高いデポであることから向え角の大きいウェハ端部へ付着しやすいためと考えられる。しかし、シース３２の厚さを制御することによって、ウェハ最外周部（０ｍｍ）〜０．３ｍｍの間のデポ膜２１も低減することができる。
【００１８】
次に、上述したプラズマ生成高周波電源（ＵＨＦ電源）１５は、２００ＭＨｚに限定されることなく、１０ＭＨｚから２．５ＧＨｚにも適用できる。１０ＭＨｚは最低必要なプラズマ密度を得るための周波数で、２．５ＧＨｚは大口径の均一性を得ることができる限界の周波数である。また、イオン３１を引き込む高周波電源（高周波バイアス電源）１６も、４ＭＨｚの高周波電力に限定されることなく、４００ｋＨｚから２００ＭＨｚの周波数にも適用できる。４００ｋＨｚはウェハダメージが顕在化しない最低限の周波数で、２００ＭＨｚを超えると自己バイアスが発生しない周波数となる。処理圧力は、４Ｐａに限定されることなく、０．１Ｐａから１００Ｐａの圧力範囲でも本発明と同様の効果が得られる。０．１Ｐａはエッチングに必要なエッチャント及びイオンを生成限界の圧力で、１００Ｐａはイオン同士が散乱されず、イオンシース３２でイオン３１を制御できる限界の圧力である。
【００１９】
上述の実施例では、ＵＨＦ−ＥＣＲエッチング装置を例にして説明したが、本発明は上述した実施例に限定されることなく、ＣＣＰ（Capacitive  Coupled  Plasma：容量結合型プラズマ）エッチング装置、ＩＣＰ（Inductively  Coupled  Plasmas：容量結合型プラズマ）エッチング装置、ＳＷＰ（Surface  Wave  Plasma：サーフェースウェーブプラズマ）エッチング装置、ＨＥＰ（Helico−Wave  Excited  Plasma：ヘリコン波励起プラズマ）エッチング装置、ＴＣＰ（Transfer  Coupled  Plasma：転送結合型プラズマ）エッチング装置などに適用することができる。
【００２０】
次に、上述のＵＨＦ−ＥＣＲエッチング装置を用いて、プラズマガスとして、Ｏ２を用いたレジストマスク剥離のプラズマ処理（アッシング）に本発明を実施した結果を図５に示す。ＶＣ３０では、ＶＣ１００よりアッシング速度が速くなっている。これは、ウェハ２に印加される電圧Ｖｗよりシリコンリング１４１に印加される電圧Ｖｆをインピーダンス調整回路１６１を用いて小さくしたことによって、イオンが斜めに入射してウェハ外周部の裏面に到達してOラジカルの反応をイオンアシスト効果でデポ膜除去率が加速したことによると考えられる。ガス種としてはＯ２に限定するものではなく、Ｈ２、あるいはＯまたはＨを含むガスにも適用することができる。
【００２１】
なお、レジスト剥離のプラズマ処理（アッシング）の実施例は、ＵＨＦ−ＥＣＲエッチング装置を例にして説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、ＣＣＰエッチング装置、ＩＣＰエッチング装置、ＳＷＰエッチング装置、ＨＥＰエッチング装置、ＴＣＰエッチング装置などに適用することができる。
【００２２】
［第２の実施例］本発明の第２の実施例を、図６を用いて説明する。第２の実施例は、下部電極１４に印加する第１の高周波バイアス電源１６２と、シリコンリング１２１に印加する第２の高周波バイアス電源１６３をそれぞれ別の電源とし、第２の高周波バイアス電源１６３の電力を第１の高周波バイアス電源１６２の電力より小さくすることにより、ウェハ２上のイオンシースの厚さよりシリコンリング１４１上のイオンシースの厚さを薄くして、イオンシースの傾斜部を形成し、ベベルにおけるイオンの入射を斜めにしてベベルデポ膜を低減する。
【００２３】
［第３の実施例］図７を用いて、本発明の第３の実施例を説明する。第３の実施例は、シリコンリング１４１の高さを、ウェハ２の高さより、昇降機１８を用いて低くすることにより、ウェハ２上のイオンシース３２ｗよりシリコンリング１４１上のイオンシース３２ｆを低くしてイオンシース３２の傾斜部を形成し、ベベルにおけるイオンの入射を斜めにしてベベルデポ膜を低減する。
【００２４】
［第４の実施例］本発明の第４の実施例を、図８を用いて説明する。第４の実施例は、第１の実施例におけるシリコンリング１４１に代えて、シリコン材１４４と絶縁材１４５の積層物を用いた例であり、ウェハ２上のイオンシースの厚さよりシリコンリング１４１上のイオンシースの厚さを薄くして、イオンシースの傾斜部を形成し、ベベルにおけるイオンの入射を斜めにしてベベルデポ膜を低減する。
【００２５】
［第５の実施例］本発明の第５の実施例を、図９を用いて説明する。第５の実施例は、第１の実施例におけるシリコンリング１４１に代えて、絶縁材リング１４６を用いた例であり、ウェハ２上のイオンシースの厚さよりシリコンリング１４１上のイオンシースの厚さを薄くして、イオンシースの傾斜部を形成し、ベベルにおけるイオンの入射を斜めにしてベベルデポ膜を低減する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例を説明するＵＨＦ波プラズマエッチング処理装置の概略断面図。
【図２】ベベルデポ膜低減の原理を説明する原理図。
【図３】エッチング処理中のベベルデポ膜低減効果を説明する図。
【図４】ウェハ外周部のデポ膜の低減の原理を説明する原理図。
【図５】アッシング処理中のベベルデポ膜除去効果を説明する図。
【図６】本発明の第２の実施例にかかるエッチング処理装置の下部電極部の構造を説明する概略断面図。
【図７】本発明の第３の実施例にかかる昇降機による高さ制御するエッチング処理装置の下部電極部の構造を説明する概略断面図。
【図８】本発明の第４の実施例にかかるウェハ外周部の載置部材が積層物である概略図エッチング処理装置の下部電極部の構造を説明する概略断面図。
【図９】本発明の第５の実施例にかかるウェハ外周部の載置部材が絶縁材リングであるエッチング処理装置の下部電極部の構造を説明する概略断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１…プラズマ処理装置
１１…エッチング処理室(プラズマ処理室)
１１１…内壁面
１２…アンテナ
１２１…導波管 
１２２…マッチングボックス
１３…誘電体
１４…下部電極(試料台)
１４１…シリコンリング
１４２…導体リング
１４３…絶縁リング
１４４…シリコン材
１４５…絶縁材
１４６…絶縁材リング
１５…ＵＨＦ電源
１６…高周波バイアス電源
１６１…インピーダンス調整回路
１６２…第１の高周波バイアス電源
１６３…第２の高周波バイアス電源
１８…昇降機
２…ウェハ(試料)
２１…デポ膜
３１…イオン
３２…イオンシース
【図１】
2006245510.tif 000003
【図２】
2006245510.tif 000004
【図３】
2006245510.tif 000005
【図４】
2006245510.tif 000006
【図５】
2006245510.tif 000007
【図６】
2006245510.tif 000008
【図７】
2006245510.tif 000009
【図８】
2006245510.tif 000010
【図９】
2006245510.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年7月14日(2005.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記電極の周辺部に設けた部材として、シリコン材を用いることを特徴とするプラズマ処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
請求項２記載のプラズマ処理装置であって、Ｏ２またはＯを含み、Ｈ２またはＨを含むガスを用いたレジストマスク剥離プラズマ処理中に、ウェハ外周部のデポ膜を除去することを特徴とするプラズマ処理装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
プラズマを生成して、ウェハを処理するプラズマ処理装置において、
ウェハが載置される電極と、該電極の周辺部に設けた部材と、前記電極および前記電極の周辺部に設けた部材に高周波バイアス電圧を印加する高周波バイアス電源を有し、
電極に印加される高周波バイアス電圧とその周辺部に設けた部材上のイオンシースを制御する機構として、前記電極周辺部に載置された部材の高さを調整できる機構を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例を説明するＵＨＦ波プラズマエッチング処理装置の概略断面図。
【図２】ベベルデポ膜低減の原理を説明する原理図。
【図３】エッチング処理中のベベルデポ膜低減効果を説明する図。
【図４】ウェハ外周部のデポ膜の低減の原理を説明する原理図。
【図５】アッシング処理中のベベルデポ膜除去効果を説明する図。
【図６】本発明の第２の実施例にかかるエッチング処理装置の下部電極部の構造を説明する概略断面図。
【図７】本発明の第３の実施例にかかる昇降機による高さ制御するエッチング処理装置の下部電極部の構造を説明する概略断面図。
【図８】本発明の第４の実施例にかかるウェハ外周部の載置部材が積層物であるエッチング処理装置の下部電極部の構造を説明する概略断面図。
【図９】本発明の第５の実施例にかかるウェハ外周部の載置部材が絶縁材リングであるエッチング処理装置の下部電極部の構造を説明する概略断面図。